一种SiCMOSFET、其制备方法及集成电路技术

本申请公开了一种SiC MOSFET、其制备方法及集成电路。其中，在SiC MOSFET中，栅电极位于鳍状沟道层两侧，而将栅电极设在鳍状沟道层的两侧有利于将鳍状沟道层的宽度缩小，有利于鳍状沟道层全局反型，从而在鳍状沟道层中形成较大的载流子通道，这样SiCMOSFET中的大部分载流子会走鳍状沟道层形成的电子通道，从而走栅氧化层边缘处的载流子数量减少，进而可以大幅提升沟道迁移率，且栅氧化层的可靠性也会得到改善。改善。改善。

【技术实现步骤摘要】
一种SiC MOSFET、其制备方法及集成电路


[0001]本申请涉及到半导体
，尤其涉及到一种SiC MOSFET、其制备方法及集成电路。

技术介绍

[0002]碳化硅(SiC)作为新一代的宽禁带半导体材料，在功率半导体领域具有极其优异的性能表现，是功率半导体器件发展的前沿和未来方向。与砷化镓、硅相比，碳化硅在高压、高温方面有压倒性的优良性质。SiC是一种由硅(Si)和碳(C)构成的化合物半导体材料，具有禁带宽度大、击穿场强高、热导率大、饱和速度大、最大工作温度高等多种优良特性，这些特性使得碳化硅电子器件可以在高电压、高发热量、高频率的环境下工作。利用SiC制作的金属
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氧化物半导体场效应晶体管(Metal
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Oxide
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Semiconductor Field
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Effect Transistor，MOSFET)相比Si制作的绝缘栅双极型晶体管((Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，在相同功率下具有更小的尺寸，更低的功耗和优良的导热性质等特性。
[0003]栅氧化层的制备是生产SiC MOSFET的一个关键环节。目前常用的方法是将SiC外延片直接进行高温热氧化，使其表面形成二氧化硅栅氧化层，但是在SiC/SiO2界面存在大量的界面态(如界面处Si与C的悬挂键、与C相关的缺陷及近界面氧化物缺陷等)，界面陷阱会束缚反型层中的载流子，导致器件电流密度降低，同时被束缚的载流子对沟道中的自由载流子又产生库伦散射，导致沟道迁移率，降低了器件的导通特性。虽然氧化后可通过后续氮氧退火对界面进行氮化处理，以改善沟道迁移率，但是沟道迁移率仍然远低于碳化硅本体材料的迁移率。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种SiC MOSFET、其制备方法及集成电路，用于改善SiC MOSFET的沟道迁移率。
[0005]第一方面，本申请提供了一种SiC MOSFET，该SiC MOSFET中可以包括：SiC半导体衬底、漂移层、鳍状沟道层(即阱区)、源区、栅电极、栅氧化层、第一绝缘隔离层、第二绝缘隔离层、源电极和漏电极。其中，漂移层位于SiC半导体衬底上，鳍状沟道层位于漂移层上，源区位于鳍状沟道层上，第一绝缘隔离层位于漂移层上未被该鳍状沟道层覆盖的部分。以该鳍状沟道层和源区为叠层结构，栅电极位于第一绝缘隔离层上且位于该叠层结构两侧，栅氧化层位于栅电极与叠层结构之间，第二绝缘隔离层覆盖栅电极外侧壁和上表面，源电极覆盖第一绝缘隔离层、第二绝缘隔离层和源区，漏电极位于SiC半导体衬底远离漂移层一侧。其中，第一绝缘隔离层用于隔离栅电极与漂移层，栅氧化层用于隔离栅电极与鳍状沟道层以及用于隔离栅电极与源区，第二绝缘隔离层用于隔离栅电极与源电极。
[0006]本申请中，鳍状沟道层是指沟道层为条形状，栅电极位于鳍状沟道层两侧，这样SiC MOSFET即为鳍式场效应管(Fin Field
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Effect Transistor，Fin FET)。而将栅电极设在鳍状沟道层的两侧有利于将鳍状沟道层的宽度(即鳍状沟道层两侧的两个栅氧化层之间
的距离)缩小，有利于鳍状沟道层全局反型，从而在鳍状沟道层中形成较大的载流子通道，这样SiC MOSFET中的大部分载流子会走鳍状沟道层形成的电子通道，从而走栅氧化层边缘处的载流子数量减少，进而可以大幅提升沟道迁移率，且栅氧化层的可靠性也会得到改善。
[0007]本申请实施例提供的SiC MOSFET可以为N型MOS管，也可以为P型MOS管，在此不作限定。当SiC MOSFET为N型MOS管时，SiC半导体衬底可以为N++区，用作漏区；漂移层可以为N+区，主要用于承载高压；源区可以为N++区，鳍状沟道层可以为P区即为P阱。P阱是指在N型的半导体层中掺入浓度足以中和N型半导体层并使其呈P型特性的P型杂质。当SiC MOSFET为P型MOS管时，SiC半导体衬底可以为P++区，用作漏区；漂移层可以为P+区，主要用于承载高压；源区可以为P++区，鳍状沟道层可以为N区即为N阱。N阱是指在P型的半导体层中掺入浓度足以中和P型半导体层并使其呈N型特性的N型杂质。在具体实施时，由于空穴迁移率将电子的迁移率较低，因此，SiC MOSFET一般为N型MOS管，在此不作限定。
[0008]在具体实施时，半导体中有两种载流子，即价带中的空穴和导带中的电子，以电子导电为主的半导体称之为N型半导体，以空穴导电为主的半导体称为P型半导体。需要明说的是，在本申请中，在前缀有N或P的层和区域中，分别表示电子或者空穴为多数载流子。此外，标记于N或P的“+”表示掺杂浓度比未标记+的层或区域的掺杂浓度高，且“+”的数量越多，表示掺杂浓度越高。包含有相同数量“+”的N或P表示为相近的掺杂浓度并不限于掺杂浓度相同。
[0009]本申请中，N型半导体区中掺杂的主要是N型杂质，例如磷(P)或氮(N)等，P型半导体区中掺杂的主要是P型杂质，例如铝(Al)、硼(B)、镓(Ga)或铍(Be)等。
[0010]示例性的，在SiC MOSFET中，还可以包括位于漂移层中且分别位于鳍状沟道层两侧的浮空区。从而可以削弱栅氧化层下方的电场强度，保护栅氧化层，大幅提高器件的栅可靠性。
[0011]在具体实施时，当SiC MOSFET为N型MOS管时，浮空区为P型半导体区，当SiC MOSFET为P型MOS管时，浮空区为N型半导体区。浮空区的掺杂浓度一般小于鳍状沟道层的掺杂浓度。
[0012]进一步地，为了实现器件内部的续流二极管反并联，该SiC MOSFET中还可以包括：位于鳍状沟道层两侧、且贯穿第一绝缘隔离层及部分浮空区的凹槽；凹槽中填充有欧姆接触部。源电极通过欧姆接触部与浮空区实现电连接。
[0013]在本申请中欧姆接触部可以采用能够与浮空区形成欧姆接触的任何材料形成，在此不作限定。
[0014]本申请中为了避免SiC MOSFET出现双极退化效应，在SiC MOSFET内部集成一个肖特基势垒二极管，以改善反向导通特性和开关特性。示例性的，在该SiC MOSFET中，鳍状沟道层两侧分别均设置有至少两个间隔设置的浮空区；SiC MOSFET中还可以包括位于鳍状沟道层两侧、且贯穿第一绝缘隔离层及部分漂移层的凹槽，且凹槽位于相邻的浮空区之间；填充于凹槽中的肖特基接触部。
[0015]在具体实施时，肖特基接触部可以采用能够与漂移层形成肖特基接触的任何材料形成，在此不作限定。示例性的，肖特基接触部可以采用合金形成，在此不作限定。
[0016]在具体实施时，本申请中栅电极的材料可以是多晶硅材料，也可以是金属等其它具有良好导电特性的材料，在此不作限定。
[0017]第二方面，本申请提供了一种SiC MOSFET的制备方法，该制备方法可以包括：在SiC半导体衬底上外延形成漂移层；在漂移层上形成鳍状沟道层和位于鳍状沟道层上的源区；以鳍状沟道层和源区为叠层结构，对叠层结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiC金属
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氧化物半导体场效应晶体管(Metal
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Oxide
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Semiconductor Field
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Effect Transistor，MOSFET)，其特征在于，包括：SiC半导体衬底；位于所述SiC半导体衬底上的漂移层；位于所述漂移层上的鳍状沟道层；位于所述鳍状沟道层上的源区；位于所述漂移层未被所述鳍状沟道层覆盖的部分之上的第一绝缘隔离层；以所述鳍状沟道层和所述源区为叠层结构，所述SiC MOSFET还包括：位于所述第一绝缘隔离层上且分别位于所述叠层结构两侧的栅电极；位于所述栅电极与所述叠层结构之间的栅氧化层；覆盖所述栅电极外侧壁和上表面的第二绝缘隔离层；覆盖所述第一绝缘隔离层、所述第二绝缘隔离层和所述源区的源电极；位于所述SiC半导体衬底远离所述漂移层一侧的漏电极。2.如权利要求1所述的SiC MOSFET，其特征在于，所述SiC MOSFET还包括位于所述漂移层中且分别位于所述鳍状沟道层两侧的浮空区。3.如权利要求2所述的SiC MOSFET，其特征在于，所述SiC MOSFET还包括：位于所述鳍状沟道层两侧、且贯穿所述第一绝缘隔离层及部分所述浮空区的凹槽；填充于所述凹槽中的欧姆接触部。4.如权利要求2所述的SiC MOSFET，其特征在于，所述鳍状沟道层两侧分别均设置有至少两个间隔设置的浮空区；所述SiC MOSFET中还包括：位于所述鳍状沟道层两侧、且贯穿所述第一绝缘隔离层及部分所述漂移层的凹槽，且所述凹槽位于相邻的所述浮空区之间；填充于所述凹槽中的肖特基接触部。5.如权利要求1
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4任一项所述的SiC MOSFET，其特征在于，所述栅电极的材料为多晶硅。6.一种SiC MOSFET的制备方法，其特征在于，包括：在SiC半导体衬底上外延形成漂移层；在所述漂移层上形成鳍状沟道层和位于所述鳍状沟道层上的源区；以所述鳍状沟道层和所述源区为叠层结构，对所述叠层结构的两侧侧壁分别进行热氧化处理形成栅氧化层；对所述漂移层裸露的表面进行热氧化处理形成第一绝缘隔离层；在各所述栅氧化层远离所述叠层结构一侧形成栅电极；沉积覆盖所述栅电极外侧壁和上表面的第二绝缘隔离层；沉积覆盖所述第一绝缘隔离层、所述第二绝缘隔离...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文韬，戴楼成，张汇源，赵倩，宁润涛，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：